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142. 环形链表 II
给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。
如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。
不允许修改 链表。
示例 1：
输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1 输出：返回索引为 1 的链表节点 解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。
示例 2：
输入：head = [1,2], pos = 0 输出：返回索引为 0 的链表节点 解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。
示例 3：
输入：head = [1], pos = -1 输出：返回 null 解释：链表中没有环。
提示：
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链表中节点的数目范围在范围
[0, 104]内 -
-105 <= Node.val <= 105 -
pos的值为-1或者链表中的一个有效索引
进阶：你是否可以使用 \(O(1)\) 空间解决此题？
思路分析
这是 Floyd’s Tortoise and Hare (Cycle Detection) 算法。
\begin{aligned} 2 \cdot \text { distance }(\text { tortoise }) &=\text { distance }(\text {hare}) \\ 2(F+a) &=F+a+b+a \\ 2 F+2 a &=F+2 a+b \\ F &=b \end{aligned}
这里解释一下：兔子跑的快，相遇时，兔子跑过的距离是乌龟跑过的距离的两倍。兔子沿着环，跑了一圈多，有多跑了 a 才相遇，所以距离是： \(F+a+b+a\)。
这个思路还可以用于解决 287. Find the Duplicate Number。
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/**
* Runtime: 1 ms, faster than 32.38% of Java online submissions for Linked List Cycle II.
* Memory Usage: 41.2 MB, less than 6.32% of Java online submissions for Linked List Cycle II.
*/
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
if (Objects.isNull(head)) {
return null;
}
ListNode intersect = getIntersect(head);
if (Objects.isNull(intersect)) {
return null;
}
ListNode pointer1 = head;
ListNode pointer2 = intersect;
while (pointer1 != pointer2) {
pointer1 = pointer1.next;
pointer2 = pointer2.next;
}
return pointer1;
}
private ListNode getIntersect(ListNode head) {
if (Objects.isNull(head)) {
return null;
}
ListNode tortoise = head;
ListNode hare = head;
while (Objects.nonNull(hare) && Objects.nonNull(hare.next)) {
tortoise = tortoise.next;
hare = hare.next.next;
if (Objects.equals(tortoise, hare)) {
return tortoise;
}
}
return null;
}
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/**
* @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
* @since 2024-07-02 21:08:43
*/
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) {
return null;
}
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
// 检查是否有环
while (fast != null && fast.next != null) {
slow = slow.next;
fast = fast.next.next;
if (slow == fast) {
break;
}
}
// 没有环，直接返回
if (fast == null || fast.next == null) {
return null;
}
// 寻找环的入口节点
slow = head;
while (slow != fast) {
slow = slow.next;
fast = fast.next;
}
return slow;
}
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/**
* @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
* @since 2024-09-14 17:02:00
*/
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
while (fast != null && fast.next != null) {
slow = slow.next;
fast = fast.next;
fast = fast.next;
if (slow == fast) {
break;
}
}
if (fast == null || fast.next == null) {
return null;
}
slow = head;
while (slow != fast) {
slow = slow.next;
fast = fast.next;
if (slow == fast) {
break;
}
}
return slow;
}
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/**
* @author D瓜哥 · https://www.diguage.com
* @since 2025-04-14 20:27:39
*/
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) {
return null;
}
ListNode slow = head, fast = head;
while (fast != null && fast.next != null) {
slow = slow.next;
fast = fast.next.next;
if (slow == fast) {
break;
}
}
if (slow != fast) {
return null;
}
slow = head;
while (slow != fast) {
slow = slow.next;
fast = fast.next;
}
return slow;
}